第3章 第2、3节 热力学第一定律 能量守恒定律（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

该高中物理课件聚焦热力学第一定律与能量守恒定律，从改变内能的做功与传热切入，通过“逐点清”模块梳理定律表达式、符号规定及特殊过程，再过渡到能量守恒定律，构建从概念理解到应用的学习支架。 其亮点在于以“多维度理解”强化能量观念，结合气体内能变化典例和2025年河北、广东等高考真题培养科学推理能力，通过永动机讨论渗透科学态度。学生能深化规律应用，教师可依托系统资料提升教学效率。

热力学第一定律 能量守恒定律(强基课——逐点理清物理观念) 第2、3节 课标要求 学习目标 1.知道热力学第一定律。 2.通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义。 3.理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。 1.了解能量的转化与守恒。 2.理解热力学第一定律，会用ΔU=W+Q解决相关问题。理解能量和能量守恒观念对世界统一性的意义。 3.知道第一类永动机不可能制成。 逐点清(一)　热力学第一定律 逐点清(二)　能量守恒定律 01 02 CONTENTS 目录 课时跟踪检测 03 逐点清(一)　热力学第一定律 1.改变内能的两种方式：______与______。两者对改变系统的内能是________。 2.热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的_______与外界对它所________的和。 3.热力学第一定律的表达式：ΔU=______。 多维度理解 做功 传热 等价的 热量 做的功 Q+W 4.公式ΔU=Q+W中符号的规定： 符号 W Q ΔU + 外界对系统做功 外界对系统传递热量 内能增加 - 系统对外界做功 系统对外界传递热量 内能减少 5.气体做功问题分析 (1)若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0。 (2)若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0。 (3)在等压变化过程中，做功可用W=pV计算。 6.三种特殊过程 (1)绝热过程：Q=0，则ΔU=W。 (2)等容过程：该过程中不做功，即W=0，则ΔU=Q。 (3)等温过程(理想气体)：气体的内能不变，即ΔU=0，则W=-Q(或Q=-W)。 [典例]　一定质量的实际气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，问： (1)气体的内能是增加还是减少?变化量是多少? [答案]　减少　1.8×105 J [解析]　气体从外界吸热，故Q=4.2×105 J，气体对外做功，故W= -6×105 J， 由热力学第一定律有ΔU=W+Q=(-6×105 J)+(4.2×105 J)=-1.8×105 J， ΔU为负，说明气体的内能减少了，所以气体内能减少了1.8×105 J。 (2)分子势能是增加还是减少? [答案]　增加 [解析]　因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子间的作用力做负功，气体分子势能增加。 (3)分子的平均动能是增加还是减少? [答案]　减少 [解析]　因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少。 1.(2025·河北高考)某同学将一充气皮球遗忘在操场上，找到时发现因太阳暴晒皮球温度升高，体积变大。在此过程中若皮球未漏气，则皮球内封闭气体 (　　) A.对外做功 B.向外界传递热量 C.分子的数密度增大 D.每个分子的速率都增大 全方位练明 √ 解析：皮球体积变大，气体膨胀，对外界做功，W<0，太阳暴晒使气体温度升高，ΔU>0，根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知，Q>0，气体从外界吸收热量，故A正确，B错误；皮球未漏气，球内气体分子总数不变，体积变大，气体分子的数密度减小，故C错误；温度升高，气体分子平均动能增大，但并非每个分子的速率都增大，故D错误。 2.(2025·广东湛江高二阶段检测)(多选)航天服是保障航天员的生命活动和正常工作的个人密闭装备，可防护空间的真空、高低温、太阳辐射和微流星等环境因素对人体的危害。航天员穿着航天服，从地面到达太空时内部气体将急剧膨胀，若航天服内气体的温度不变，视为理想气体并将航天服视为封闭系统。则关于航天服内的气体，下列说法正确的是 (　　) A.体积增大，内能减小 B.压强减小，内能不变 C.对外界做功，吸收热量 D.压强减小，分子平均动能增大 √ √ 解析：由于航天服内气体视为理想气体，温度决定内能，温度不变，内能不变，温度是分子热运动平均动能的标志，故分子平均动能也不变。由于航天服内气体体积增大，气体对外界做功，W<0，温度不变，ΔU=0，由热力学第一定律ΔU=Q+W，可知Q>0，所以航天服内气体将吸收热量，又由等温变化有p1V1=p2V2，可知气体体积变大，则压强减小，故B、C正确，A、D错误。 逐点清(二)　能量守恒定律 1.能量守恒定律 (1)内容：能量既不会凭空_______，也不会凭空_______，它只能从一种形式________为其他形式，或者从一个物体_______到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量___________。 (2)两种表达 ①某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。 多维度理解 产生 消失 转化 转移 保持不变 ②某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 (3)物理意义 ①各种形式的能可以__________。 ②各种物理现象可以用_______________联系在一起。 2.永动机不可能制成 (1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地__________的机器。 (2)第一类永动机不可能制成的原因：违背了_______________。 相互转化 能量守恒定律 对外做功 能量守恒定律 3.热力学第一定律与能量守恒定律的比较 (1)能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程，总能量保持不变，它包括各个领域，范围广泛。 (2)热力学第一定律是物体内能与其他形式的能之间的相互转化或转移，是能量守恒定律在热现象领域内的具体体现。 1.判断下列说法是否正确。 (1)运动的物体在阻力作用下会停下来，说明机械能凭空消失了。( ) (2)功和能可以相互转化。 ( ) (3)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加。 ( ) 全方位练明 × × √ 2.(多选)下列对能量守恒定律的认识正确的是 (　　) A.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加 B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的 D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了 √ √ √ 解析：不同形式的能量间的转化过程中能量是守恒的，A正确；能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，B正确；第一类永动机不可能制成，它违背了能量守恒定律，C正确；石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用和与地面碰撞，机械能减少，转化成了其他形式的能量，D错误。 3.如图为一种所谓“全自动”的机械手表，既不 需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。 这是不是一种永动机?如果不是，维持表针走动的 能量是从哪儿来的? 提示：这不是永动机。手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动。若将此手表长时间放置不动，它就会停下来。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1.汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速运动，在这一过程中 (　　) A.汽车的机械能守恒 B.汽车的动能和势能相互转化 C.机械能逐渐转化为内能，总能量逐渐减少 D.机械能逐渐转化为内能，总能量不变 √ 解析：汽车在关闭发动机后能匀速运动，说明汽车和斜坡之间一定有摩擦力作用，所以汽车的机械能不守恒，一部分机械能转化为内能，但总能量保持不变，故D正确。 1 5 6 7 8 9 2 3 4 2.(2025·北京通州高二期末)一定质量的理想气体等压膨胀，下列说法正确的是 (　　) A.气体的温度降低 B.气体从外界吸热 C.气体的内能减少 D.外界对气体做功 √ 解析：根据盖⁃吕萨克定律可知，一定质量的理想气体等压膨胀过程中温度一定升高，则气体内能增大，即ΔU>0；由于气体体积增大，则气体对外界做功，即W<0；根据热力学第一定律ΔU=W+Q，可知Q>0，气体从外界吸热，故B正确，A、C、D错误。 1 5 6 7 8 9 2 3 4 3.(2025·安徽高考)在恒温容器内的水中，让一个导热良好的气球缓慢上升。若气球无漏气，球内气体(可视为理想气体)温度不变，则气球上升过程中，球内气体 (　　) A.对外做功，内能不变 B.向外放热，内能减少 C.分子的平均动能变小 D.吸收的热量等于内能的增加量 √ 1 5 6 7 8 9 2 3 4 解析：根据题意可知，气球缓慢上升的过程中，气体压强减小，气体温度不变，由理想气体状态方程可知，气体的体积变大，气体对外做功，气体的内能不变，分子的平均动能不变，由热力学第一定律可知，吸收的热量等于气体对外做的功。故选A。 1 5 6 7 8 9 2 3 4 4.(2025·毕节高二阶段练习)如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞，用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开。管塞被冲开前 (　　) A.外界对管内气体做功，气体的内能减少 B.气体吸热使内能增加 C.管内气体的内能不变，压强变大 D.管内气体的内能增加，压强变大 √ 1 5 6 7 8 9 2 3 4 解析：手拉住绳子两端迅速往复拉动，则外界对管内气体做功，气体的内能增加，故A错误；气体内能增加是外界做功引起的，不是气体吸热，故B错误；管内气体的内能增加，温度升高，体积不变，则压强变大，故D正确，C错误。 1 5 6 7 8 9 2 3 4 5.一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是 (　　) A.W=8×104 J，ΔU=1.2×105 J，Q=4×104 J B.W=8×104 J，ΔU=-1.2×105 J，Q=-2×105 J C.W=-8×104 J，ΔU=1.2×105 J，Q=2×104 J D.W=-8×104 J，ΔU=-1.2×105 J，Q=-4×104 J √ 解析：外界对气体做功，W取正值，即W=8×104 J；气体内能减少，ΔU取负值，即ΔU=-1.2×105 J；根据热力学第一定律ΔU=W+Q，可知Q=ΔU-W=-1.2×105 J-8×104 J=-2×105 J，故B正确。 1 5 6 7 8 9 2 3 4 6.在飞机起飞的过程中，由于高度快速变化，会引起机舱内气压变化，乘客小周同学观察发现，在此过程中密封桶装薯片的薄膜盖子凸起，如图所示。若起飞前后桶内气体的温度保持不变，则下列关于桶内气体(可视为理想气体)的说法中正确的是 (　　) A.桶内气体从外界吸收热量 B.桶内气体分子平均动能变小 C.桶内气体压强增大 D.桶内气体对外做功，内能减小 √ 1 5 6 7 8 9 2 3 4 解析：由于理想气体温度不变，则内能不变ΔU=0，理想气体体积变大，气体对外做功，则W<0，根据热力学第一定律ΔU=Q+W，可知Q>0，桶内气体从外界吸收热量，A正确，D错误；桶内气体的温度保持不变，则桶内气体分子平均动能不变，B错误；根据玻意耳定律可知，气体的体积变大，则桶内气体压强减小，C错误。 1 5 6 7 8 9 2 3 4 7.下列说法正确的是 (　　) A.条形磁体下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生了感应电流，说明电能是可以被创造的 B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 C.“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的 D.有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可以凭空产生的 √ 1 5 6 7 8 9 2 3 4 解析：条形磁体穿过线圈过程中是机械能转化成了电能，故A错误；太阳照射到宇宙空间的能量没有消失，故B错误；马儿奔跑时同样需要消耗能量，故“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的，故C正确；不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动的“全自动”手表是靠手臂的摆动提供能量的，能量不是凭空产生的，故D错误。 1 5 6 7 8 9 2 3 4 √ 8.骑自行车既是安全、绿色的出行方式 之一，又是比较不错的有氧运动。山地自行 车安装了气压式减震装置来抵抗颠簸，从而 受到不少人的喜爱，其原理如图所示。如果路面不平，随着骑行时自行车的颠簸，活塞上下振动，下列说法正确的是 (　　) A.活塞迅速下压时，外界对汽缸内的气体做功 B.活塞迅速下压时，汽缸内的气体温度可能减小 C.活塞迅速下压时，汽缸内的气体的压强变小 D.活塞迅速下压时，汽缸内的气体的内能减小 1 5 6 7 8 9 2 3 4 解析：根据题意可知，活塞迅速下压时外界对气体做功且来不及热交换，根据热力学第一定律可知，气体的内能增大，温度升高，汽缸内的气体分子平均动能增大，气体的体积减小，则气体压强增大，故A正确，B、C、D错误。 1 5 6 7 8 9 2 3 4 9.(10分)汽缸内封闭了一定质量的理想气体，压强p=1.0×105 Pa，体积V=2.0 m3，现使气体保持压强不变，体积缓慢压缩至V'=1.0 m3，此过程气体向外界释放了1.2×105 J的热量，求： (1)压缩过程外界对气体做了多少功?(5分) 答案：1.0×105 J 解析：外界对气体做的功 W=pΔV=p(V-V') 解得W=1.0×105 J。 1 5 6 7 8 9 2 3 4 (2)气体内能变化了多少?(5分) 答案：减少了2×104 J 解析：由热力学第一定律得，汽缸内气体内能的变化量 ΔU=Q+W=-1.2×105 J+1.0×105 J=-2×104 J 即气体内能减少了2×104 J。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $